JP2009121670A - 転がり軸受および転がり軸受用シール部材 - Google Patents

転がり軸受および転がり軸受用シール部材 Download PDF

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Abstract

【課題】グリース用の補助剤による効能を長時間維持させることができ、寿命の向上を図れる転がり軸受および転がり軸受用シール部材を提供する。
【解決手段】内輪２と、外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の転動体４と、この転動体４を保持する保持器５と、上記内輪２および外輪３の軸方向両端開口部に設けられたシール部材６とを備え、上記内輪２と上記外輪３と上記保持器４と上記シール部材６とで構成される軸受内空間に封入されたグリース８によって潤滑される転がり軸受１において、軸受内空間を構成する部材の１つであるシール部材６の軸受内空間側表面にグリース用の補助剤と樹脂との混合物７を固定させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、グリース潤滑される転がり軸受に関し、特に耐熱性と低温性に優れ、温度変化が激しい状況下でも長時間にわたり好適に使用し得る転がり軸受、および該転がり軸受に用いる転がり軸受用シール部材に関する。
各種回転支持部材を構成するために、シールを有し、グリース潤滑で用いられる玉軸受が広く使用されている。例えば、保持器として冠形保持器を備えるとともに、両側にシールを有するラジアル玉軸受において、玉の軸方向中心線が、内輪および外輪の軸方向中心線よりも、冠形保持器の爪部側にずれていることを特徴とするラジアル玉軸受（特許文献１参照）が知られている。
また、シールドを有し、グリース潤滑で用いられる玉軸受に関して、潤滑性を向上し、長寿命化を図る技術としては、例えば、耐熱性に優れたグリースを用いることが知られている（特許文献２参照）。
しかしながら、特許文献１および特許文献２などに記載の転がり軸受では、軸受内部空間内に充填できるグリース量に限度があるため、更なる長寿命化を図ることが困難であった。
特開２００２−１３０３０５号公報 特開２００４−３５２８５８号公報
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、グリース用の補助剤による効能を長時間維持させることができ、寿命の向上を図れる転がり軸受および転がり軸受用シール部材を提供することを目的とする。
本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、上記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを備え、上記内輪と上記外輪と上記保持器と上記シール部材とで構成される軸受内空間に封入されたグリースによって潤滑される転がり軸受であって、上記軸受内空間を構成する部材の少なくとも１つの部材において、該部材の上記転動体との摺動面以外の軸受内空間側表面に、グリース用の補助剤が固定されてなることを特徴とする。また、上記グリース用の補助剤は、上記シール部材の軸受内空間側表面に固定されることを特徴とする。
本発明におけるグリース用の補助剤は、その成分が直接にグリースに溶け出して寄与するもの（添加剤）や、ガス等を発生させ軸受内空間における酸素濃度を低下させることでグリースの酸化劣化を防ぐなどの間接的にグリースを補助するものなどを含む。
上記グリース用の補助剤は、樹脂に含まれた状態で固定されることを特徴とする。また、上記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする。
上記グリース用の補助剤が樹脂に含まれた状態で固定される際に、該補助剤の割合が、該補助剤と樹脂との合計に対して、10 重量％以上であることを特徴とする。
上記グリース用の補助剤は、発泡剤、酸化防止剤、および昇華性のある物質から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする。また、上記酸化防止剤は、アミン系酸化防止剤であることを特徴とする。また、上記昇華性のある物質は、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体であることを特徴とする。
上記発泡剤は、有機系の発泡剤から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする。また、上記有機系の発泡剤は、アゾジカルボンアミドであることを特徴とする。
本発明の転がり軸受用シール部材は、上述のグリース用の補助剤が固定されてなることを特徴とする。
本発明において上記構成の転がり軸受によれば、グリース用の補助剤としてグリース用添加剤となるものをシール部材の軸受内空間側表面などに固定する場合、該添加剤が軸受に封入されているグリースと接触することにより、グリース中に添加剤成分が溶け出す。このため、添加剤成分としての効能を継続的にグリースに付与することができ、添加剤による効能を長時間維持することができる。
上記グリース用の補助剤を、該補助剤が樹脂に含まれた混合物の状態とすることで、該混合物を接着、塗布すること等により、各表面に容易に固定できる。
上記グリース用の補助剤として発泡剤を用いた場合、この発泡剤が、高温で不活性ガスを放出して軸受内空間における酸素濃度を低下させることができる。このため、グリースの酸化劣化を抑制でき、長時間の軸受使用が可能となる。
上記グリース用の補助剤として酸化防止剤を用いた場合、軸受内空間に存在する酸素をこの酸化防止剤が吸収することで、軸受内空間の酸素濃度を低下させることができる。その結果、長時間、グリースの酸化劣化を防止することができる。
上記グリース用の補助剤として昇華性のある物質を使用した場合、軸受内空間にこの物質が昇華して気体として充満することで、軸受内空間の酸素濃度を低下させることができる。その結果、長時間、グリースの酸化劣化を防止することができる。
本発明の転がり軸受用シール部材は、上記グリース用の補助剤が固定されてなるので、転がり軸受に封入されるグリースの酸化劣化などを防止でき、該シール部材を使用する転がり軸受の長寿命化が図れる。
本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の転がり軸受の一実施形態を示す転がり軸受の断面図である。
図１に示すように、転がり軸受１は、内輪２および外輪３と、この内・外輪間に介在する複数の玉４と、この玉４を円周方向等間隔に保持するポケットが設けられた保持器５と、内・外輪の軸方向両端開口部に設けられた環状のシール部材６とを備えてなる。この転がり軸受１は、内輪２と外輪３と保持器５とシール部材６とで構成される軸受内空間に封入されたグリース８によって潤滑される。
この実施形態では、上記軸受内空間を構成する部材の１つとして、シール部材６の軸受内空間側表面に、グリース用の補助剤と、樹脂との混合物７を固定させている。
グリース用の補助剤としてグリース用添加剤となるものを用いる場合、軸受内空間に封入されたグリース８は、転がり軸受１の回転に伴う遠心力等の外力を受けて軸受内空間を移動する際、シール部材６の軸受内空間側表面に固定された混合物７と接触して、該グリース用添加剤を受け取り、玉４と外輪３の外輪軌道３ａおよび内輪２の内輪軌道２ａとの間や、玉４と保持器５との間における潤滑に供される。
グリース用添加剤を取り込んだグリース８は、軸受内を循環し、各摺動面でグリース中の添加剤が消費されても上記の繰り返しで、グリース８中にグリース用添加剤が溶け出し所定の濃度が保たれるので、該添加剤による効能を長時間維持することができる。
また、グリース成分との相溶性から高濃度で配合できないグリース用添加剤であっても、上記構成により添加成分がグリースとの相溶性を維持しつつ徐々にグリースに供給されるため、グリースに対して結果的に高濃度で配合することができ、該添加剤による効能を長時間維持することができる。
グリース用の補助剤として発泡剤を用いる場合、シール部材６の軸受内空間側表面に固定された混合物７から、不活性ガスが発生して軸受内空間における酸素濃度が低下するため、封入されたグリース８の酸化劣化が抑制される。同様に、グリース用の補助剤として昇華性のある物質を用いる場合、混合物７から該物質が昇華し、気体として軸受内空間に充満するため、酸素濃度が低下して封入されたグリース８の酸化劣化が抑制される。
本発明の他の実施形態として、グリース用の補助剤を固定する他の箇所としては、保持器５の表面（玉との摺動面以外）、内輪２の外径面（軌道面以外）、外輪３の内径面（軌道面以外）が挙げられる。これらは、１箇所または複数個所に分けて固定してもよい。
なお、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良なども可能である。シール部材６としては、鋼板製のシールド以外に、例えば、鋼板で補強されたシールがあり、シールの材質をニトリルゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、フッ素ゴムなどの合成ゴムを素材としてもよい。
本発明の転がり軸受に封入するグリースは、通常転がり軸受に用いられるグリースであれば特に制限なく用いることができる。
グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ-α-オレフィン（以下、ＰＡＯと記す）油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等、一般に潤滑グリースの基油として使用されている油であれば特に限定することなく使用できる。これらの基油は、単独または 2 種類以上組み合せて用いてもよい。
また、増ちょう剤としては、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または 2 種類以上組み合せて用いてもよい。
また、本発明の転がり軸受に封入するグリースには必要に応じて公知の添加剤を含有させることができる。この添加剤として、例えば、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステルなどの防錆剤、有機モリブデンなどの摩擦低減剤、エステル、アルコールなどの油性剤、りん系化合物などの摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独または 2 種類以上組み合せて添加できる。また、軸受部材に固定する下記の補助剤をグリースにも予め配合しておくことができる。
軸受内空間を構成する部材に固定するグリース用の補助剤は、発泡剤、酸化防止剤、および昇華性のある物質から選ばれる少なくとも１つであることが好ましい。
上記発泡剤としては、発泡時に不活性ガスを発生するものであればよく、好ましくは、発泡開始温度が軸受の使用温度より高いものがよい。なお、不活性ガスとしては、例えば、窒素、二酸化炭素などが好ましい。このような不活性ガスを発生する発泡剤としては、誤って軸受の転がり面に混入しても、キズ等の損傷を与えにくいことから有機系の発泡剤から選ばれる少なくとも１つを用いることが好ましい。有機系の発泡剤としては、例えばトリアジン系化合物、ヒドラジン系化合物、テトラゾール系化合物、アゾジカルボンアミド等のアゾ化合物などが挙げられる。これらの有機系の発泡剤の中で発生するガス量が多いことからアゾジカルボンアミドを用いることが好ましい。これらの発泡剤は、それぞれ単独で、または 2 種類以上を混合して用いることができる。
上記酸化防止剤としては、フェノール系や芳香族アミン系の化合物が挙げられる。例えば、2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノールなどのフェノール系酸化防止剤、p,p'-ジオクチルジフェニルアミンなどのアミン系酸化防止剤等が挙げられる。これらの中でグリースの基油への溶解性が良いことから、アミン系酸化防止剤を用いることが好ましい。これらの酸化防止剤は、それぞれ単独で、または 2 種類以上を混合して用いることができる。
また、酸化防止剤として酸素を吸収する物質である脱酸素剤を用いることができる。脱酸素剤としては例えば、アスコルビン酸、アスコルビン酸Ｎａ、アスコルビン酸Ｋ等のアスコルビン酸およびその誘導体、酸化鉄等が挙げられる。これらの脱酸素剤は、それぞれ単独で、または 2 種類以上を混合して用いることができる。
上記昇華性のある物質としては、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体、ナフタレンおよびその誘導体、ベンゾフェノン等が挙げられる。これらの中で鋼への耐腐食性が良好であることからベンゾトリアゾールおよびその誘導体を用いることが好ましい。これらの昇華性のある物質としては、それぞれ単独で、または 2 種類以上を混合して用いることができる。
本発明の転がり軸受において、軸受内空間を構成する部材にグリース用の補助剤を固定させる方法を、シール部材の場合を例にとって説明する。シール部材の軸受内空間側表面にグリース用の補助剤を固定させる方法としては、特に制限なく、
（１）シール部材の軸受内空間側表面に接着剤として樹脂層を貼り付け、その表面に補助剤層を貼り付ける方法、
（２）（１）の樹脂層と補助剤層とを積層して貼り付ける方法、
（３）補助剤と、樹脂とを混合して得た混合物を接着剤によりシール部材の軸受内空間側表面に貼り付ける方法、
（４）補助剤と、接着剤である樹脂とを混合して得た混合物をシール部材の軸受内空間側表面に貼り付ける方法、
（５）補助剤を樹脂溶媒に溶解してなる樹脂塗料組成物をシール部材の軸受内空間側表面に塗布する方法等を用いることができる。
グリース用の補助剤としてグリース用添加剤となるものを用いる場合、これらの方法の中で、混合物中の補助剤の分布を均一にすることで、軸受空間内を移動するグリースにグリース用添加剤を安定して供給することができる（３）〜（５）の方法が好ましい。さらに、添加剤を容易にシール部材に固定でき、グリースの循環等によっても脱離することのない（５）による方法を用いることが特に好ましい。
また、グリース用の補助剤として発泡剤や昇華性のある物質を用いる場合も、混合物中の発泡剤などの分布を均一にすることができる（３）〜（５）の方法が好ましい。さらに、発泡剤などを容易にシール部材に固定できる（４）による方法を用いることが特に好ましい。
上記グリース用の補助剤が樹脂に含まれた状態で固定される際に、補助剤の割合が、補助剤と樹脂との合計に対して、10 重量％以上であることが好ましい。10 重量％未満であると耐久性向上効果が乏しく好ましくない。
グリース用の補助剤との混合物を得るために用いる樹脂としては、鋼鉄製シールドやゴム製シールなどのシール部材に対する接着性と、グリース用の補助剤に対する接着性とを兼ね備える樹脂であれば特に制限なく使用することができる。例えばポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらの中で軸受の実用使用温度範囲内で硬さが安定していることからエポキシ樹脂を用いることが好ましい。
実施例１〜実施例８
表１に示すグリース用の補助剤と、２液型エポキシ樹脂（ニチバン社製：アラルダイト ＡＲ-Ｓ３０）とを混合し、樹脂塗料組成物を得た。この樹脂塗料組成物をシール部材の軸受内空間側表面に塗布し、40℃、24 時間乾燥させ、グリース用の補助剤が固定されたシール部材を得た。このシール部材を転がり軸受（軸受寸法：内径 20 mm、外径 47 mm、幅 14 mm ）の両側に装着して軸受試験片を得た。この試験片を下記に示す高温高速耐久試験に供し、軸受寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
＜高温高速耐久性試験＞
得られた試験片に表１に示すグリースを 0.7 g 封入し、軸受外輪外径部温度 150℃、ラジアル荷重 67 N 、アキシアル荷重 67 N の下で 10000 rpm の回転数で回転させ、焼き付きに至るまでの時間を軸受寿命時間として測定した。
比較例１および比較例３
グリース用の補助剤を使用せず２液型エポキシ樹脂（ニチバン社製：アラルダイト ＡＲ-Ｓ３０）のみをシール部材の軸受内空間側表面に塗布し、40℃、24 時間乾燥させ、エポキシ樹脂が固定されたシール部材を得た。このシール部材を転がり軸受（軸受寸法：内径 20 mm、外径 47 mm、幅 14 mm ）の両側に装着して軸受試験片を得た。この試験片を上記高温高速耐久試験に供し、軸受寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
比較例２および比較例４
グリース用の補助剤も、エポキシ樹脂も使用しないシール部材を転がり軸受（軸受寸法：内径 20 mm、外径 47 mm、幅 14 mm ）の両側に装着して軸受試験片を得た。この試験片を上記高温高速耐久試験に供し、軸受寿命時間を測定した。結果を表１に併記する。
Figure 2009121670
グリース用の補助剤と樹脂との混合物をシール部材の軸受内空間側表面に固定した実施例１〜実施例８は、グリースの酸化劣化を防止して、軸受寿命の向上を図ることができた。
本発明の転がり軸受は、構成部材表面に固定された酸化防止剤などの補助剤がグリース中に溶け出して添加剤成分としての効能をグリースに長時間付与することができ、また、該補助剤から発生するガス等により軸受内空間における酸素濃度を低下させることができ、転がり軸受の長寿命化を図ることができる。このため、本発明の転がり軸受は、オルタネータ、カーエアコン用電磁クラッチ、アイドラプーリ、中間プーリ、電動ファンモータ、流体継手、水ポンプ、ディストリビュータ、スタータワンウェイクラッチ等の自動車電装部品、エンジン補機等の高温・高速回転で使用される転がり軸受、クリーナモータ、エアコンファンモータ等の家庭用電化製品の高温・高速回転で使用される転がり軸受、コンピュータのハードディスク、ＣＤ-Ｒ等の記録装置のスピンドルモータの転がり軸受、工作機の主軸用の転がり軸受、その他汎用モータ用転がり軸受などに好適に利用できる。
本発明の転がり軸受の一実施形態を示す転がり軸受の断面図である。
符号の説明
１ 転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 玉（転動体）
５ 保持器
６ シール部材
７ グリース用の補助剤と樹脂との混合物
８ グリース

Claims (11)

  1. 内輪と、外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体と、この転動体を保持する保持器と、前記内輪および外輪の軸方向両端開口部に設けられたシール部材とを備え、前記内輪と前記外輪と前記保持器と前記シール部材とで構成される軸受内空間に封入されたグリースによって潤滑される転がり軸受であって、
    前記軸受内空間を構成する部材の少なくとも１つの部材において、該部材の前記転動体との摺動面以外の軸受内空間側表面に、前記グリース用の補助剤が固定されてなることを特徴とする転がり軸受。
  2. 前記グリース用の補助剤は、樹脂に含まれた状態で固定されることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
  3. 前記樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項２記載の転がり軸受。
  4. 前記グリース用の補助剤が樹脂に含まれた状態で固定される際に、該補助剤の割合が、該補助剤と樹脂との合計に対して、10 重量％以上であることを特徴とする請求項２または請求項３記載の転がり軸受。
  5. 前記グリース用の補助剤は、発泡剤、酸化防止剤、および昇華性のある物質から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項記載の転がり軸受。
  6. 前記発泡剤は、有機系の発泡剤から選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受。
  7. 前記有機系の発泡剤は、アゾジカルボンアミドであることを特徴とする請求項６記載の転がり軸受。
  8. 前記酸化防止剤は、アミン系酸化防止剤であることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受。
  9. 前記昇華性のある物質は、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体であることを特徴とする請求項５記載の転がり軸受。
  10. 前記グリース用の補助剤は、前記シール部材の軸受内空間側表面に固定されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項記載の転がり軸受。
  11. グリース用の補助剤が固定されてなる転がり軸受用シール部材であって、該シール部材は、請求項１０記載の転がり軸受に用いられることを特徴とする転がり軸受用シール部材。
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